Lutte contre le réchauffement climatique : quelles solutions (1/3)

Nous terminons doucement notre dossier « Spécial climat » avec trois articles tournés vers l’avenir : nous souhaitions présenter quelques uns des moyens déjà en place pour lutter contre le dérèglement du climat et en atténuer les effets.

Si tu relis l’un des premiers articles qui expliquait ce qu’était le réchauffement, tu te rends compte qu’une part importante des gaz à effet de serre est issue de procédés industriels (la production électrique, la production de vapeur, les cimenteries, aciéries et raffineries) mais aussi du secteur des transports (voitures, camions, avions surtout).

Le premier angle d’attaque va donc concerner le secteur de l’énergie, puis un second celui des transports : dans les deux cas, l’utilisation de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) doit être réduite.
Alors quelles solutions ?

Effet de serre A usine

Le secteur de la production d’énergie

Nous avions évoqué dans un ancien article les différentes façons de produire de l’énergie électrique. De nombreux procédés dans le monde reposent encore sur la combustion de combustibles fossiles dans une grande chaudière (charbon, pétrole, gaz, fioul) : la vapeur produite va alors entraîner une turbine à vapeur. Dans les années futures, on estime que l’utilisation de combustibles fossiles restera importante pour la production électrique (de l’ordre de 60 % en 2035 selon l’Agence Internationale de l’Energie).
Malheureusement, cela produit de grandes quantités de gaz à effet de serre, particulièrement du CO2. C’est pratiquement un tiers des émissions mondiales.

Utiliser d’autres types de combustible

Le problème de la production de CO2 par les centrales thermiques peut être contourné dès le début du procédé en choisissant un combustible qui produirait moins de CO2 : dans ce cas, on s’attaque au problème à la source : les émissions industrielles sont moindres.
C’est le cas avec le gaz naturel (et la technologie turbine à gaz décrite ici) qui émet environ trois fois moins que le charbon mais cela reste une énergie fossile qu’il faut extraire et transporter.

L’utilisation de la biomasse est une voie intéressante pour diminuer les émissions de CO2 d’autant plus que la biomasse est classée parmi le renouvelable (à condition de ne pas prélever plus que raison). Mais une petite définition s’impose. Dans ce contexte, la biomasse est l’ensemble de la matière organique d’origine végétale (produits de l’agriculture comme la paille ou produits de la forêt, déchets végétaux, déchets de bois…). La voie de valorisation la plus encouragée est celle de la production d’électricité ET de vapeur (dans une même chaudière).

Un autre idée intéressante est d’utiliser comme source d’énergie entrante dans une chaudière, un combustible qui serait un déchet d’une autre industrie ou un déchet de l’activité agricole (cela fait aussi partie de la biomasse) ou même des particuliers (déchets ménagers). C’est une façon de résoudre en partie le problème de l’accumulation de déchets qui eux aussi émettent, lors de leur dégradation, des émissions de gaz à effet de serre.
Les usines d’incinération (les usines qui brûlent ces déchets) sont cependant assez mal acceptées par les populations, car l’impact environnemental reste une question importante. Certaines d’entre elles valorisent cependant l’énergie des déchets sous forme de chaleur (production de vapeur) ou sous forme électrique.

Effet de serre A dechets

L’amélioration des procédés

De gros efforts sont toujours poursuivis par les constructeurs pour améliorer le rendement des installations de production, on parle aussi d’efficacité énergétique. Cela signifie qu’on cherche à utiliser le minimum de combustible pour produire la même quantité d’électricité : cela passe par la conception des brûleurs, la finesse des grains (dans le cas du charbon), le choix des matériaux, les types d’échangeurs et leur agencement, la conception des ailettes de la turbine… C’est un gros travail, qui nécessite beaucoup de calculs.

Un procédé particulièrement intéressant est celui du cycle combiné qui comme son nom l’indique combine deux cycles :
– un cycle gaz où dans une première étape, du gaz naturel entre en combustion et entraîne une turbine à gaz.
– un cycle vapeur comprenant une turbine à vapeur. Les gaz encore chauds issus de la première étape contiennent suffisamment de chaleur pour chauffer de l’eau et produire de la vapeur dans une chaudière.
Le rendement de ce type d’installation permet alors de limiter les émissions de CO2 au tiers d’une installation classique au charbon (à puissance identique).

Oui mais voilà, ce type d’installation dépend encore trop des énergies fossiles : du gaz naturel avec des prix fluctuants, et des ressources qui s’épuisent.

Alors, si on s’attaquait aux émissions de CO2 en les piégeant ?

Le captage et stockage du CO2

L’une des voies de recherche et d’innovations est de capter le CO2 avant qu’il ne s’échappe dans l’atmosphère : c’est la technologie « CSC » pour Captage et Stockage géologique du CO2. Une fois capté, ce gaz doit être transporté et piégé (on compte réaliser cela dans le sous-sol à 800 m de profondeur).
Plusieurs technologies sont en phase de validation sur des installations pilotes et réelles (démonstrateur à la centrale thermique du Havre par exemple). Certaines sont déjà commercialisées mais il faut encore travailler pour trouver la meilleure solution (économique et efficace) pour séparer le CO2 des fumées. Pas si facile ! Concrètement, on attend les premières mises en service industrielles vers 2025.
Et puis ensuite, il faut stocker le CO2 de façon efficace et économique. Beaucoup d’études se concentrent sur ce sujet pour trouver la façon idéale de l’injecter dans le sous-sol (au niveau de nappes aquifères salines par exemple, ou d’anciennes réserves de pétrole ou de profondes veines de charbons impossibles à exploiter). Il faut en effet que le stockage soit durable (pas de fuite) et ne modifie pas la nature des zones de stockage (éviter la pollution des eaux souterraines).

Bien sûr, la stockage peut se faire en surface par la végétation (forêts, prairies…) ou les bassins contenant algues et bactéries qui absorbent ce gaz. D’où l’importance de développer la revégétalisation partout où cela est possible, y compris dans les villes.

stockage_CO2

La voie du renouvelable et le stockage d’énergie 

Une autre solution est d’éviter tout simplement les émissions de CO2 et donc de produire de l’électricité au maximum à partir de ressources renouvelables qui ne reposent pas sur la combustion. Le renouvelable englobe les ressources qui ne s’épuisent pas ou qui se renouvellent assez rapidement (telles que la biomasse dont on a déjà un peu parlé) : il s’agit de l’éolien, de l’énergie solaire (panneaux photovoltaïques), de l’énergie de l’eau (fleuves, rivières, chute d’eau ou les courants marins), la géothermie (la chaleur de la terre est valorisée).

Chacune de ces technologies est en perpétuelle évolution de façon à optimiser leur efficacité énergétique (ou comment produire plus pour une même quantité d’énergie utilisée) ou pour que les équipements parviennent à fonctionner lorsque les conditions sont moins favorables (optimisation des cellules photovoltaïques quand l’ensoleillement est faible).

eolienneOui, mais un autre problème se pose car ces sources d’énergie sont intermittentes : il n’y a pas toujours de vent et pas toujours une quantité suffisante d’ensoleillement ou bien au contraire, les centrales éoliennes et solaires produisent alors que la consommation est faible. La solution est alors le stockage : on peut faire cela par stockage mécanique ou par des batteries.

Le stockage mécanique est déjà mis en place dans certaines centrales hydroélectriques : en cas de faible consommation électrique par les utilisateurs, on stocke de l’eau en la pompant vers un bassin réserve à haute altitude. Lorsque les besoins sont plus élevés, l’eau stockée est alors ré-acheminée par gravité vers la turbine pour produire de l’énergie électrique. Cette technologie s’appelle : station de transfert de l’énergie par pompage  ou STEP.

Step
Principe d’une station de transfert d’énergie par pompage

Quant aux batteries, l’énergie est stockée sous forme chimique avec une circulation d’électrons entre deux électrodes (comme ce qu’on trouve dans une pile). Les recherches font énormément progresser la technologie, notamment les batteries de grande taille ou d’autres systèmes qu’on appelle « supercondensateurs ».

On peut aussi évoquer les énormes espoirs placés dans le stockage par la voie de l’hydrogène. En quoi cela consiste-t-il ? Le principe est simple : en période de production, l’énergie produite permet de couper une molécule d’eau (cela s’appelle électrolyse; lyse signifie couper). On obtient alors du dioxygène d’une part et de l’hydrogène de l’autre. Et l’hydrogène, c’est super intéressant car on peut le stocker et le transporter facilement.

electrolyse_eau
Principe de l’électrolyse de l’eau

Et puis, en cas de demande électrique, par le biais d’une pile (un peu spéciale puisqu’elle est alimentée en continu par deux courants gazeux), l’hydrogène se recombine avec l’oxygène de l’air pour fournir un courant électrique. C’est ce qu’on appelle « pile à combustible« 

 Le secteur des transports

Actuellement, mis à part les trains dont la propulsion est électrique, les transports s’appuient sur l’utilisation de pétrole (enfin ses dérivés comme l’essence, le kérosène, le gasoil) et cela produit des gaz à effet de serre !

Effet de serre A camion

L’une des solutions pour réduire ces émissions de GES passe par une modification de la conception des moyens transports (au niveau des moteurs) ou de leurs équipements de façon à ce que la consommation de carburant soit plus faible.

Les moteurs

Bien sûr, les motoristes travaillent toujours plus pour améliorer le rendement des moteurs classiques (les moteurs thermiques). Il est ici question de toujours mieux maîtriser l’injection de carburant et la combustion.
Mais, de plus en plus, on assiste à l’utilisation croissante de carburants issus de la biomasse (ce qu’on appelle les biocarburants) ce qui nécessite des moteurs spéciaux pour s’adapter à la composition chimique du carburant.
Evidemment, tu as sûrement entendu parler des véhicules électriques. Mais il reste encore à améliorer les batteries qui les équipent afin de pouvoir développer ces véhicules qui prendraient le relais, du moins pour les courtes distances, des véhicules à essence ou gasoil.

En ce qui concerne le domaine de l’aéronautique, les recherches se concentrent sur la chambre de combustion des réacteurs d’avion pour mieux comprendre les réactions chimiques qui s’y passent et optimiser la combustion. De nouveaux concepts de propulsion sont aussi à l’étude.

Design et équipements

On cherche encore à améliorer le design des voitures (forme la plus aérodynamique possible) ainsi que leur poids ce qui diminue les frottements et la consommation de carburant (relis cet article où nous t’avions expliqué que plus un vélo est lourd, plus il faut faire d’efforts pour démarrer).
On évoquera juste plus particulièrement ici l’un des éléments les plus consommateurs d’énergie : les pneus qui représentent jusqu’à 25% des émissions de CO2. Et oui, les pneus donnent de l’adhérence (et tant mieux) mais provoquent des frottements au sol : il est nécessaire d’apporter de l’énergie pour les contrer.
Plusieurs fabricants ont développé des pneus verts.
Le but du jeu est d’optimiser la structure du pneu car celle-ci assure la distribution uniforme du poids de la voiture au point de contact avec la route, et minimise la résistance au roulement (moindre déformation du caoutchouc lorsque la roue tourne). Et la structure est bien sûr liée au choix judicieux du type de caoutchouc pour chacune des couches. Chaque fabricant y va de sa propre recette.

pneus_verts
Source Lanxess

Voilà, on a fait un peu le tour de la question pour le domaine de l’énergie (production électrique et transports). Mais face à cela, il y a la question de la consommation qui dépend de notre mode de vie (entreprises, collectivités et particuliers), de l’aménagement des espaces…  On verra certains de ces aspects la prochaine fois (on parlera aussi du bilan de la COP21).
La suite est ICI

Texte : Pascale du blog Le Monde et Nous
Illustrations : Alain Prunier du blog Koua de 9

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